Nghiên cứu trình bày việc ứng dụng chế phẩm vi sinh BiOL vào hệ hiếu khí quy mô phòng thí nghiệm. Chế phẩm vi sinh này đã làm giảm thời gian khởi động hệ thống từ 6-8 tuần xuống còn 3-4 tuần. Ở giai đoạn vận hành ổn định, hiệu quả xử lý COD và tổng Nitơ (T-N) đều được duy trì ở mức cao và ổn định với các khoảng giá trị lần lượt 90-97% và 79-86%.
NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ T-N VÀ COD TRONG NƯỚC THẢI GIẾT MỔ GIA SÚC TẬP TRUNG CỦA CHẾ PHẨM VI SINH BIOL Nguyễn Đức Toàn(1), Phạm Hải Bằng(1), Đỗ Tiến Anh(2), Bạch Quang Dũng(2) (1) Trường Đào tạo, Bồi dưỡng cán Tài nguyên Môi trường (2) Tổng Cục Khí tượng Thủy văn Ngày nhận 1/4/2020; ngày chuyển phản biện 2/4/2020; ngày chấp nhận đăng 29/4/2020 Tóm tắt: Chế phẩm vi sinh sử dụng xử lý nước thải tập hợp vi sinh vật có khả thích nghi tốt khả tiêu thụ chất ô nhiễm nước thải nguồn dinh dưỡng cho sinh trưởng phát triển chúng Khi chế phẩm bổ sung, số lượng vi sinh vật có ích tham gia vào trình xử lý nước thải hệ thống xử lý nước thải gia tăng từ nâng cao hiệu xử lý chất ô nhiễm có nước thải [7] Chế phẩm vi sinh địa phân lập tuyển chọn từ chủng vi sinh vật có hoạt tính mong muốn giúp hệ giảm thời gian khởi động tăng cường hiệu suất xử lý Trong nghiên cứu ứng dụng chế phẩm vi sinh BiOL vào hệ hiếu khí quy mơ phịng thí nghiệm Chế phẩm vi sinh làm giảm thời gian khởi động hệ thống từ 6-8 tuần xuống 3-4 tuần Ở giai đoạn vận hành ổn định, hiệu xử lý COD tổng Nitơ (T-N) trì mức cao ổn định với khoảng giá trị 90-97% 79-86% Từ khóa: Chế phẩm vi sinh, BiOL, sinh học hiếu khí, nước thải giết mổ gia súc, MBR Mở đầu Hoạt động giết mổ gia súc có khả gây nhiễm khơng khí, nhiễm nguồn nước, tạo lượng lớn chất thải rắn Đặc biệt sở giết mổ thủ công, loại chất thải khơng có phân loại rõ ràng, loại chất thải phân, nước, phụ phẩm xả tràn lan giết mổ thải trực tiếp xuống sơng, cống rãnh nước khiến cho nước thải từ hoạt động giết mổ có nồng độ nhiễm cao Trong đó, chất nhiễm phải kể đến hợp chất hữu đại diện qua tiêu COD, chất rắn lơ lửng, chất dinh dưỡng (N, P) nhiều loại vi sinh vật gây bệnh Các thành phần ô nhiễm không xử lý cách gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng đồng thời ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe người Do việc xử lý nước thải từ hoạt động giết mổ gia súc để bảo vệ môi trường nhu cầu cấp thiết nước ta Liên hệ tác giả: Phạm Hải Bằng Email: phamhaibang79@gmail.com 84 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 Hiện nay, giới, có nhiều cơng nghệ áp dụng để xử lý nước thải giết mổ gia súc, phương pháp bao gồm: Các phương pháp hóa lý (keo tụ, tuyển nổi, oxy hóa nâng cao, ), phương pháp sinh học (các công nghệ xử lý hiếu khí, thiếu khí, kỵ khí, thực vật thủy sinh, ) Tuy nhiên, phương pháp có ưu nhược điểm riêng, việc lựa chọn phụ thuộc tiêu chuẩn, điều kiện kinh tế khu vực quốc gia khác Thông thường, để xử lý triệt để thành phần ô nhiễm khác nhau, hệ thống xử lý nước thải từ sở giết mổ gia súc kết hợp hai hay nhiều phương pháp xử lý khác Một phương pháp quan tâm nghiên cứu ứng dụng nhiều thực tiễn khơng giới mà cịn Việt Nam cơng nghệ màng lọc sinh học (MBR) Với ưu điểm có khả tách pha rắn-lỏng tốt, vừa giúp trì lượng sinh khối tối ưu cho cơng trình xử lý sinh học đặc biệt với vi khuẩn có tốc sinh trưởng thấp vi sinh vật oxy hóa Nitrit giúp cải thiện hiệu xuất xử lý Nitơ cho công lý nước thải giết mổ gia súc trung quy mơ phịng thí nghiệm nghệ bùn hoạt tính truyền thống, đồng thời cịn có khả loại bỏ vi sinh vật gây bệnh [11] Nguyên liệu phương pháp nghiên cứu Mặc dù vậy, đặc thù trình sản xuất, 2.1 Nước thải giết mổ gia súc tải lượng chất ô nhiễm đầu vào thường có Mẫu nước thải sử dụng cho nghiên cứu biến động, điều gây khó khăn lấy lại sở giết mổ Công ty cổ phần việc kiểm soát ổn định chất Thịnh An làm chủ đầu tư, thuộc vùng bãi sông lượng nước sau xử lý, đặc biệt với cơng Hồng với diện tích 1,4ha Trong nhà xưởng trình xử lý sinh học Ngồi ra, tượng tắc 8.000m2, chia 26 ô, công suất giết mổ đạt màng sau thời gian vận hành thường xảy 1.500-2.000 con/ngày-đêm Theo kết phân với cơng nghệ MBR, địi hỏi q trình làm tích mẫu (Bảng 1), nước thải vị trí màng hóa chất thay màng, dẫn tới sau mổ tiêu: COD, BOD5, TSS, làm gia tăng chi phí bảo dưỡng vận hành Amoni, tổng nitơ, tổng phốt-pho, Fe, Mn độ Ở nước ta, số lượng sở giết mổ nhỏ màu có nồng độ vượt mức quy định so với cột B lẻ tập trung theo quy mô bán cơng nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT Trong COD vượt cịn chiếm tỉ lệ cao, việc áp dụng giải 12,6 lần; BOD vượt 20,22 lần; TSS vượt 5,25 pháp xử lý nguồn cần thiết để bảo vệ môi lần; Amoni vượt 8,75 lần; tổng N vượt 6,52 lần; trường Tuy nhiên, hệ thống xử lý cần tổng P vượt 10,8 lần; hàm lượng Fe vượt 3,34 đảm bảo số yêu cầu như: Diện tích yêu cầu lần; hàm lượng Mn vượt 1,4 lần; độ màu vượt khơng q lớn, chi phí vận hành yêu 34,5 lần Đối với nước thải vị trí sau cầu trình độ vận hành,… phải phù hợp với hồn thành cơng đoạn mổ tiêu: COD, sở có quy mơ nhỏ Vì việc nghiên cứu ứng BOD5, TSS, Amoni, tổng Nitơ, tổng Phốt-pho, Mn dụng giải pháp công nghệ khắc phục độ màu có nồng độ vượt mức quy định so vấn đề kinh tế kỹ thuật với cột B theo QCVN 40:2011/BTNMT Trong cần thiết bối cảnh COD vượt 13,89 lần; BOD vượt 20,38 lần; TSS Trong nghiên cứu tập trung đánh giá vượt 9,77 lần; Amoni vượt 9,43 lần; tổng N vượt khả thích nghi hệ vi sinh bể sinh 8,3 lần; tổng P vượt lần; hàm lượng Mn vượt học hiếu khí có sử dụng chế phẩm BiOL để xử 1,9 lần; độ màu vượt 38,1 lần Bảng Kết phân tích mẫu nước thải sở giết mổ lợn Thịnh An xã Vạn Phúc, Thanh Trì, Hà Nội Chỉ tiêu Đơn vị tính Vị trí sau mổ Vị trí sau hồn thành cơng đoạn mổ QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) COD mg/l 1889 2045 150 BOD5 mg/l 1011 1019 50 TSS mg/l 525 977 100 DO mg/l 0,1 0,18 - 6,3 6,05 5,5 - pH EC uS 657 1538 - TDS mg/l 337 673 - Độ đục NTU 558 563 - Cl- mg/l 68,9 215 1000 + NH -N mg/l 87,5 94,3 10 NO3- mg/l 2,69 1,61 - TN mg/l 261 332 40 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 85 Chỉ tiêu Đơn vị tính Vị trí sau mổ Vị trí sau hồn thành công đoạn mổ QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) PO43 P mg/l 46,83 33,5 - TP mg/l 64,7 36,1 Fe mg/l 16,7 3,28 Cr mg/l 0,08 0,2 0,1 Mn mg/l 1,4 1,9 Độ màu Pt-Co 5176 5715 150 2.2 Nguồn vi sinh vật sử dụng nghiên bị bên trong, bể có dung tích làm việc 30L cứu Đáy bể bố trí hệ thống sục khí nhằm cung cấp nồng độ oxy hòa tan cần thiết cho phát Chế phẩm vi sinh BiOL, sản phẩm từ luận triển sinh trưởng vi sinh vật hiếu khí án nghiên cứu tiến sĩ Trần Thị Thu Lan Chế bùn hoạt tính Nước cấp vào từ đáy phẩm hỗn hợp chủng vi sinh vật bể thông qua bơm định lượng có khả điều tuyển chọn từ mẫu nước thải giết mổ gia súc bao gồm: B velezensis M2, B mojavensis C1 chỉnh lưu lượng, nước sau xử lý chảy tràn B Mojavensis C8 phần bể Một máy thổi khí sử dụng nhằm cung cấp cho q trình sục khí 2.3 Nghiên cứu phương pháp sinh học để xử lưu lượng theo dõi kiểm sốt thơng qua lý nước thải giết mổ gia súc quy mơ phịng thí lưu lượng kế Tồn thiết bị bao gồm bơm nghiệm cấp nước, máy thổi khí, van xả bùn van Hệ thống bao gồm bể phản ứng thu nước sau xử lý kết nối tới điều máy móc thiết bị phụ trợ kèm (Bảng khiển trung tâm Bộ điểu khiển có chức Hình 1) Bể phản ứng chế tạo từ nhựa điều khiển tự động hoạt động hệ thống acrylic suốt tạo thuận lợi cho việc quan theo chu kỳ thời gian cài đặt theo sát trình vận hành đảo trộn bùn hoạt tính tình trạng hoạt động thiết thí nghiệm thơng qua timer Bảng Danh mục thiết bị hệ thống xử lý nước thải TT Thiết bị Thông số kỹ thuật Bơm cấp nước thải Công suất: 45W; lưu lượng: 10l/giờ Máy thổi khí Cơng suất: 38W; lưu lượng: 90l/phút Lưu lượng kế Giải đo 0-10l/phút, giải điều chỉnh 0,2l/phút Van điện từ chiều, van xả nước, van xả bùn Nhằm mục đích đánh giá hiệu xử lý nước thải giết mổ gia súc chế phẩm vi sinh BiOL, gồm chủng vi sinh vật địa có hoạt lực cao nước thải phục vụ cho nội dung nghiên cứu, mơ hình vận hành bể SBR (gồm giai đoạn: Làm đầy, sục khí khuấy trộn, lắng rút nước) Chế phẩm vi sinh sử dụng gồm chủng vi sinh vật có khả sinh trưởng tạo sinh khối nhanh tạo điều kiện để tách sinh khối sớm trình hoạt động, đồng thời bùn hoạt tính chứa vi sinh vật có tốc độ tạo bơng lắng nhanh 86 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 Bên cạnh đó, lồi vi sinh vật hiếu khí hồn tồn bị ảnh hưởng thời gian dừng sục khí q dài Vì vậy, mơ hình vận hành theo mẻ thời gian sục khí chiếm tỉ lệ lớn, thời gian cho trình lắng thu nước sau xử lý ngắn so với hệ SBR thông thường đặc tính bùn hoạt tính sử dụng chế phẩm vi sinh giải thích Thời gian cho mẻ phụ thuộc vào thí nghiệm nội dung nghiên cứu cụ thể Các thí nghiệm cung cấp liệu cần thiết nhằm triển khai quy mơ thử nghiệm lớn hơn, từ nâng cao khả đưa công nghệ vào nghiên cứu quy mô pilot trường Sau mẻ thí nghiệm lấy mẫu phân tích tiêu COD, NH4+-N, NO3 N, NO2 N, TN, SV10, SV15, SV30, MLSS, TN Hình Mơ hình bể xử lý sinh học Kết nghiên cứu thảo luận 3.1 Hiệu xử lý COD Để đánh giá hiệu xử lý nước thải Thí nghiệm thực bể phản hệ vi sinh vật hai bể phản ứng, ứng giống với thông số vận hành tương bể vận hành điều kiện tương tự tự Tuy nhiên, bể vận hành với với nước thải đầu vào lấy trực tiếp từ bùn hoạt tính từ Nhà máy bia Việt Hà (KCP), bể sở giết mổ với giá trị COD nằm khoảng lại có bùn hoạt tính bổ sung mật độ 1.361-1.620mg/L Kết COD nước sau 104CFU/ml chế phẩm (CCP) Kết thí nghiệm xử lý cho thấy khả xử lý vi sinh vật trình bày mục đây: bể Hình Nồng độ COD ngày thí nghiệm Hình Hiệu suất xử lý COD mẻ xử lý Theo Hình Hình 3, bể không sử dụng chế phẩm BiOL (KCP), hiệu xử lý mẻ đạt 56-59% tương ứng với nồng độ COD nước sau xử lý khoảng 600- 700mg/L Trong ngày thí nghiệm, hiệu xử lý có gia tăng đều, nồng độ COD sau xử lý 321mg/L ứng với hiệu suất xử lý 79% Như vậy, thấy, sau ngày TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 87 vận hành liên tục, vi sinh vật bể bắt đầu thích nghi với nước thải nhờ mà hiệu xử lý có cải thiện đáng kể Tuy nhiên, sau 10 ngày vận hành, hiệu xử lý COD khơng có cải thiện nhiều cao đạt 85% với nồng độ 206mg/L, giá trị cao nhiều so với tiêu chuẩn B (QCVN 40:2011) Khác với bể phản ứng trên, bể phản ứng có sử dụng chế phẩm vi sinh (CCP) cho thấy khác biệt hiệu xử lý COD Chế phẩm BiOL có chứa chủng vi khuẩn Bacillus tồn nước thải giết mổ gia súc với khả đồng hóa chất đa dạng khả xử lý nhanh COD nước thải [1], [4] Chính vậy, bổ sung vào bùn hoạt tính, chúng cho thấy khả thích nghi nhanh với mẫu nước thải sử dụng thí nghiệm này, từ mẻ xử lý đầu tiên, hiệu xử lý COD đạt >90% (giá trị COD đầu thấp 129mg/L) Hoạt động vi sinh vật bể phản ứng tiếp tục trì ổn định mẻ xử lý đạt hiệu suất cao 96% Đặc biệt, giá trị COD đầu 56-60mg/L, thấp giá trị theo cột B (QCVN 40:2011/BTNMT) 100mg/L Hiệu xử lý COD >92% ghi nhận số nghiên cứu sử dụng phương pháp sinh học để xử lý nước thải giết mổ gia súc, có nghiên cứu nhóm tác giả Keskes [2] sử dụng phương pháp bể phản ứng theo mẻ (SBR) xử lý nước thải có nồng độ COD khoảng 1.600-2.000mg/L Trong nghiên cứu này, hiệu xử lý COD mơ hình ngày trì mức 70-80%, phải đến ngày thứ 20 hiệu xử lý có cải thiện đáng kể lên >90% Hiện tượng tương tự bể phản ứng không sử dụng chế phẩm sử dụng thí nghiệm Điều chứng tỏ, bùn hoạt tính thơng thường, để đạt hiệu xử lý mong muốn cần có thời gian để vi sinh vật thích nghi, thời gian khác tùy thuộc vào đặc tính nguồn bùn hoạt tính điều kiện vận hành Trong đó, việc bổ sung vi sinh vật quen với môi trường sống nước thải giết mổ gia súc, đồng thời có khả sinh trưởng phát triển tốt, với điều kiện nồng độ Oxy, pH, kiểm sốt, thời gian để thích nghi khả xử lý COD bùn hoạt tính cải thiện đáng kể 3.2 Hiệu xử lý Nitơ tổng Hình Hình thể thay đổi hiệu xử lý thông số ô nhiễm T-N hai bể phản ứng sử dụng thí nghiệm Nồng độ T-N nước thải đầu vào trì khoảng 152-185mg/L nhằm đảm bảo độ ổn định cho trình phát triển vi sinh vật giai đoạn khởi động Không giống hiệu xử lý COD, khả xử lý T-N bể khơng có chế phẩm thấp suốt q trình tiến hành thí nghiệm có cải thiện dần sau mẻ thí nghiệm Hình Nồng độ T-N bình bổ sung chế phẩm bình khơng bổ sung chế phẩm Hình Hiệu suất xử lý T-N 88 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 Cụ thể, mẻ xử lý đầu tiên, hiệu xử lý T-N đạt mức